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第二课时　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
学习目标　1.知道共价键的键能与键长的概念，能用键能、键长等说明简单分子的某些性质。2.掌握共价键的键能与化学反应过程中的能量变化之间的关系。3.掌握共价晶体的概念及共价晶体的结构与物理性质特点。
一、共价键键能与化学反应的反应热
1.键能
(1)概念：在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成气态________和________的过程中所________的能量，称为AB间共价键的键能，其单位为________。
(2)意义：键能越大，形成化学键时放出的能量________，意味着化学键越________，越不容易被________。
2.键长
(1)概念：形成共价键的两原子核间的____________________________________。
(2)意义：原子半径越________，共价键的键长越________，往往键能越________，这表明共价键越________。
3.共价键键能与化学反应的反应热
(1)化学反应的实质
____________断裂和____________形成的过程。
(2)化学键与反应热的关系
ΔH＝E(反应物键能之和)－E(生成物键能之和)。
1.下列分子中，最难分裂成原子的是(　　)
A.HF B.HCl
C.HBr D.HI
2.下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)
A.N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B.稀有气体一般难发生化学反应
C.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
D.F2比O2更容易与H2反应
3.通常人们把拆开1 mol化学键吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以计算化学反应的反应热。下列是一些化学键的键能。
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155
根据键能数据估算反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热为(　　)
A.－1 940 kJ·mol－1 B.1 940 kJ·mol－1
C.－485 kJ·mol－1 D.485 kJ·mol－1
4.已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，O===O键的键能为497.3 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242.7 kJ·mol－1，N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，则下列叙述正确的是(　　)
A.N—N键的键能为×946 kJ·mol－1
≈315.3 kJ·mol－1
B.氮气分子中的共价键的键长比氢气分子中的短
C.氧气分子中氧原子是以共价单键结合的
D.氮气分子比氯气分子稳定
【题后归纳】　定性判断键长的方法
(1)根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
(2)根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。
二、共价晶体
(一)知识梳理
1.相关概念
(1)共价晶体：晶体中所有原子通过__________相结合，形成空间网状结构的晶体，称为共价晶体。
(2)构成微粒：共价晶体中的微粒是_____________________________________。
(3)微粒间作用力：原子与原子之间的作用力是________。
2.共价晶体特性
由于共价键的键能大，所以共价晶体一般具有很高的____________和很大的________。对于结构________的共价晶体而言，共价键的键长越________，键能就越小，晶体的熔、沸点越________，硬度越________。
3.常见的共价晶体
常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
(二)互动探究
下表是金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点、硬度和键能的数据：
晶体 键能/(kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)348 ＞3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 600 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 415 7
以金刚石的硬度为10，石墨的硬度为1，划分10个等级。
【问题讨论】
1.金刚石、晶体硅、碳化硅的晶体类型是什么？它们的晶体结构中是否存在分子？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2.金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的作用力是什么？为什么共价晶体的熔点和硬度一般较大？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
3.怎样从原子结构的角度解释金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
【探究归纳】
1.共价晶体的性质
(1)物理性质
①熔、沸点很高。共价晶体中各原子间以共价键相结合，要熔化必须破坏其中的共价键，需要较高的温度，所以共价晶体有很高的熔、沸点。
②硬度很大。
③难溶于一般溶剂。
④一般不导电，但晶体硅是半导体。
(2)共价晶体熔沸点的比较
一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
2.共价晶体的判断方法——“三看法”
(1)看构成微粒或作用力类型
离子晶体和共价晶体的构成微粒间作用力列表如下：
晶体类型 离子晶体 共价晶体
构成微粒 离子 原子
微粒间作用力 离子键 共价键
(2)看物质的类别
①单质类：非金属单质中的金刚石、晶体硅、晶体硼属于共价晶体。
②化合物类：共价化合物中的SiO2、SiC、Si3N4、BN、AlN等属于共价晶体。
(3)看晶体的物理性质
共价晶体熔点高，硬度大，大部分熔融及固体不导电，个别为半导体(如晶体硅)。
1.下列晶体属于共价晶体的是(　　)
A.晶体碘 B.氯化钠晶体
C.干冰 D.二氧化硅晶体
2.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A.熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B.无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D.熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
3.如图
所示是某共价晶体A空间结构中的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为(　　)
A.AB2 B.AB
C.A5B4 D.A2B5
【题后归纳】
(1)共价晶体中不存在单个的分子，构成晶体的微粒是原子，这些原子以共价键结合形成三维骨架结构，因此共价晶体的化学式代表的是各种原子的个数比。
(2)共价晶体汽化或熔化时破坏的作用力是共价键。
(3)共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。
三、典型共价晶体的结构分析
互动探究
探究1　金刚石是典型的共价晶体，天然金刚石呈现规则多面体的外形，其外形与结构见下图所示：
【问题讨论】
1.金刚石晶体中碳原子之间的结合力是什么？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2.金刚石晶体中每个碳原子与几个碳原子相结合？这些碳原子之间形成的空间结构是什么？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
3.依据金刚石的结构判断12 g金刚石晶体中含C—C共价键数是多少？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
探究2　SiO2是另一种典型的共价晶体。它是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1 713 ℃，有多种结构，最常见的是低温石英(α－SiO2)。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体及透明的水晶都是低温石英，其结构如下图：
【问题讨论】
1.分析二氧化硅的结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个原子？晶体中硅原子与硅原子直接相连的氧原子构成的空间构型是什么？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
2.二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键数之比是多少？60 g SiO2晶体中Si—O键的数目是多少？
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
【探究归纳】
1.金刚石和二氧化硅结构比较
金刚石 (1)每个碳原子与相邻4个碳原子以共价键结合，形成正四面体结构；(2)键角均约为109°28′；(3)最小碳环由6个碳原子组成且六个碳原子不在同一平面内；(4)每个C参与4个C—C键的形成，每个C—C键被2个碳原子共用，故C原子数与C—C键个数之比为1∶2
SiO2 (1)每个Si与4个O以共价键结合，形成正四面体结构；(2)每个正四面体占有1个Si，4个“O”，n(Si)∶n(O)＝1∶2；(3)最小环上有12个原子，即6个O，6个Si；(4)1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键
2.金刚石和二氧化硅的结构分析
(1)金刚石
在金刚石晶体中，每个碳原子的4个外围电子形成4个完全相同的原子轨道，与最相邻的4个碳原子形成共价键，这5个碳原子构成的正四面体结构单元，其中4个碳原子位于正四面体的顶点，1个碳原子位于正四面体的中心。因为共价键难以变形，C—C键键能大，所以金刚石的硬度和熔点都很高，化学稳定性好。共价键中的电子被束缚在化学键中不能参与导电，所以金刚石是绝缘体，不导电。
(2)二氧化硅
在二氧化硅晶体中，每个硅原子连接着4个氧原子，每个氧原子为2个硅原子所共用，因此，硅原子与氧原子个数比为1∶＝1∶2，二氧化硅晶体的化学式为SiO2。在二氧化硅晶体中，所有的硅原子和氧原子都以共价键连结为三维骨架结构，没有独立存在的SiO2分子，所以SiO2仅是代表二氧化硅晶体的元素组成的化学式，而不是二氧化硅晶体的分子式。但是，通常用SiO2作为二氧化硅晶体的分子式来使用。
1.单质硅的晶体结构如图所示。
下列关于单质硅晶体的说法不正确的是(　　)
A.是一种立体三维骨架结构的晶体
B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连
C.晶体中最小环上的原子数目为8
D.晶体中最小环上的原子数目为6
2.二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方石英等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法不正确的是(　　)
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A.方英石晶体中存在着SiO4结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O键
C.图示结构单元中实际占有8个硅原子
D.方英石晶体中，Si原子和其紧邻的4个O构成正四面体
3.下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA
C.金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式
1.N—H键键能的含义是(　　)
A.由N和H形成1 mol NH3所放出的能量
B.把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的能量
2.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是(　　)
A.最小的环上有3个硅原子和3个氧原子
B.最小的环上硅原子数和氧原子数之比为1∶2
C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶点
3.碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子与硅原子的位置是交替的，在下列三种晶体中，它们的熔点从高到低的顺序是(　　)
①金刚石　②晶体硅　③碳化硅
A.①③② B.②③①
C.③①② D.②①③
4.已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)
ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，有关键能数据如下表：
化学键 H—H O===O
键能/kJ·mol－1 436 498
则水分子中O—H键键能为(　　)
A.463.4 kJ·mol－1 B.926.8 kJ·mol－1
C.221.6 kJ·mol－1 D.413 kJ·mol－1
5.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ ＞3 550 1 415 2 573
沸点/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼属于________晶体，理由是__________________________________
__________________________________________________________________。
(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是_______________________________________
(填字母)。
A.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
B.金刚石中碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2
C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
第二课时　共价键键能与化学反应的反应热共价晶体
一、1.(1)A原子　B原子　吸收　kJ·mol－1　(2)越多　稳定
破坏　2.(1)平均间距　(2)小　短　大　稳定　3.(1)旧化学键
新化学键
对点训练
1.A　[一般来说，原子半径越小，其原子形成的共价键键长越短，键能越大，就越难断键。原子半径：FE(H－Cl)>E(H－Br)>E(H－I)，即HF最难分裂成原子。]
2.B　[由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐增长，键能逐渐减小，所以热稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以二者相比较，更容易生成HF。]
3.A　[由反应热ΔH＝反应物键能之和一生成物键能之和可得，ΔH＝(414 kJ·mol－1×4＋4×155 kJ·mol－1)－(489 kJ·mol－1×4＋4×565 kJ·mol－1)＝－1 940 kJ·mol－1，故选A。]
4.D　[N—N键的键能不为N≡N键键能的，故A项错误；共价键的键长和成键原子的半径有关，由于原子半径r(H)二、1.(1)共价键　(2)原子　(3)共价键　2.熔、沸点　硬度　相似　长　低　小
问题讨论
1.提示　金刚石、晶体硅、碳化硅均属于共价晶体；晶体的构成微粒是原子，故晶体中不存在分子。
2.提示　金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的是共价键，由于共价键的键能大，破坏时需要较高的能量，因此共价晶体的熔、沸点较高，硬度较大。
3.提示　共价晶体中粒子之间的作用力是共价键，熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定。一般来说，键长越短、共价键的键能越大。由于碳的原子半径小于硅，所以金刚石、碳化硅、晶体硅的原子半径增大，键长依次增大，共价键的键能依次减弱，所以金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点、硬度依次下降。
对点训练
1.D　[晶体碘、干冰不属于共价晶体，NaCl晶体是离子晶体，SiO2属于共价晶体。]
2.B　[A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项不是共价晶体，D项不符合共价晶体的特征。]
3.A　[根据共价晶体A空间结构中的一个单元知，在晶体A中每个A形成4个A—A键；A与某物质B反应生成C，其实质是每个A—A键中插入一个B，则每个A原子形成4个A—B键，每个B原子形成2个B—A键，则A、B原子个数比为1∶2，C的化学式为AB2。]
三、探究1
问题讨论
1.提示　晶体中碳原子之间以共价键(σ键)结合。
2.提示　金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键相结合，它们形成的空间结构是正四面体形。
3.提示　依据均摊法可知金刚石中每个碳原子形成4条共价键，其中每条共价键被2个碳原子共用，每个C原子含有共价键数目为4×＝2，故12 g金刚石中含有的C—C键数是2NA。
探究2
问题讨论
1.提示　SiO2晶体中最小的环上有12个原子，其中有6个Si原子和6个氧原子；晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。
2.提示　SiO2晶体中Si原子与Si—O键数之比为1∶4；60 g SiO2晶体中Si—O键的数目为4NA。
对点训练
1.C　[单质硅是一种立体三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误、D正确。]
2.B　[由方英石结构示意图知，方英石晶体中存在着SiO4的结构单元，A项正确；1 mol Si形成4 mol Si—O键，B项错误；题图所示的结构单元实际占有的硅原子数：8×＋6×＋4＝8个，C项正确；方英石晶体中存在着SiO4四面体的结构单元，D项正确。]
3.B　[A正确，金刚石是1个中心碳原子连接4个碳原子，二氧化硅是1个中心硅原子连接4个氧原子，均为正四面体结构。B错误，金刚石中，1个C原子与另外4个C原子形成4个C—C键，这个C原子对每个单键的贡献只有，所以1 mol C原子形成的C—C键为4 mol×＝2 mol，而二氧化硅晶体中1个Si原子分别与4个O原子形成4个Si—O键，则1 mol SiO2晶体中Si—O键为4 mol。C正确，金刚石和二氧化硅熔化时，共价键会断裂。D正确，共价晶体中不存在分子。]
课堂达标训练
1.C　[N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H 键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol N—H键，拆开1 mol NH3中的N—H键或形成1 mol NH3中的N—H键吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。]
2.C　[SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，O原子处于4个顶点。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。]
3.A　[这三种晶体属于同种类型，熔化时需破坏共价键，①金刚石中为C—C键，②晶体硅中为Si—Si键，③SiC中为Si—C键，由原子半径可知Si—Si键的键长最长，C—C键的键长最短，键长越短共价键越稳定，破坏时需要的热量越多，故熔点从高到低的顺序为①③②。]
4.A　[水的结构式为H—O—H，2 mol水分子中含有4 mol H—O键，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，反应物总键能－生成物总键能＝ΔH，则：436 kJ·mol－1×2＋498 kJ·mol－1－4E(O—H)＝－483.6 kJ·mol－1，故E(O—H)＝463.4 kJ·mol－1，故选A。]
5.(1)共价　晶体硼的熔、沸点高，硬度大　(2)B
解析　(1)从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。
(2)选项A，金刚石熔化过程中C—C键断裂，因C—C键的键能大，断裂时需要的能量多，故金刚石的熔点很高；选项B，金刚石中每个C都参与了4个C—C键的形成，而每个C对每条键的贡献只有一半，故碳原子个数与C—C键键数之比为(4×)∶4＝1∶2；选项C，金刚石的熔点高，但在打孔过程中会产生很高的温度，如不浇水冷却钻头，会导致钻头熔化。(共79张PPT)
第三单元　共价键　共价晶体
专题3 微粒间作用力与物质性质
第二课时　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
1.知道共价键的键能与键长的概念，能用键能、键长等说明简单分子的某些性质。
2.掌握共价键的键能与化学反应过程中的能量变化之间的关系。
3.掌握共价晶体的概念及共价晶体的结构与物理性质特点。
学习目标
一、共价键键能与化学反应的反应热
二、共价晶体
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课堂达标训练
课后巩固训练
三、典型共价晶体的结构分析
一、共价键键能与化学反应的反应热
对点训练
1.键能
(1)概念：在101 kPa、298 K条件下，1 mol气态AB分子生成气态________和________的过程中所______的能量，称为AB间共价键的键能，其单位为_____________。
(2)意义：键能越大，形成化学键时放出的能量______，意味着化学键越______，越不容易被______。
A原子
B原子
吸收
kJ·mol－1
越多
稳定
破坏
2.键长
(1)概念：形成共价键的两原子核间的__________。
(2)意义：原子半径越____，共价键的键长越____，往往键能越____，这表明共价键越______。
3.共价键键能与化学反应的反应热
(1)化学反应的实质
__________断裂和__________形成的过程。
(2)化学键与反应热的关系
ΔH＝E(反应物键能之和)－E(生成物键能之和)。
平均间距
小
短
大
稳定
旧化学键
新化学键
1.下列分子中，最难分裂成原子的是(　　)
A.HF B.HCl
C.HBr D.HI
解析　一般来说，原子半径越小，其原子形成的共价键键长越短，键能越大，就越难断键。原子半径：FE(H－Cl)>E(H－Br)>E(H－I)，即HF最难分裂成原子。
A
2.下列事实不能用键能的大小来解释的是(　　)
A.N元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定
B.稀有气体一般难发生化学反应
C.HF、HCl、HBr、HI的热稳定性逐渐减弱
D.F2比O2更容易与H2反应
解析　由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，分子内部没有化学键；卤族元素从F到I原子半径逐渐增大，其氢化物中的化学键键长逐渐增长，键能逐渐减小，所以热稳定性逐渐减弱；由于H—F键的键能大于H—O键的键能，所以二者相比较，更容易生成HF。
B
3.通常人们把拆开1 mol化学键吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可以计算化学反应的反应热。下列是一些化学键的键能。
化学键 C—H C—F H—F F—F
键能/(kJ·mol－1) 414 489 565 155
根据键能数据估算反应CH4(g)＋4F2(g)===CF4(g)＋4HF(g)的反应热为(　　)
A.－1 940 kJ·mol－1 B.1 940 kJ·mol－1
C.－485 kJ·mol－1 D.485 kJ·mol－1
A
解析　由反应热ΔH＝反应物键能之和一生成物键能之和可得，ΔH＝
(414 kJ·mol－1×4＋4×155 kJ·mol－1)－(489 kJ·mol－1×4＋4×565 kJ·mol－1)＝－1 940 kJ·mol－1，故选A。
4.已知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，O===O键的键能为497.3 kJ·mol－1，Cl—Cl键的键能为242.7 kJ·mol－1，N≡N键的键能为946 kJ·mol－1，则下列叙述正确的是(　　)
D
【题后归纳】
定性判断键长的方法
(1)根据原子半径进行判断。在其他条件相同时，成键原子的半径越小，键长越短。
(2)根据共用电子对数判断。就相同的两原子形成的共价键而言，当两个原子形成双键或者三键时，由于原子轨道的重叠程度增大，原子之间的核间距减小，键长变短，故单键键长＞双键键长＞三键键长。
二、共价晶体
对点训练
(一)知识梳理
1.相关概念
(1)共价晶体：晶体中所有原子通过________相结合，形成空间网状结构的晶体，称为共价晶体。
(2)构成微粒：共价晶体中的微粒是______。
(3)微粒间作用力：原子与原子之间的作用力是________。
2.共价晶体特性
由于共价键的键能大，所以共价晶体一般具有很高的__________和很大的______。对于结构______的共价晶体而言，共价键的键长越____，键能就越小，晶体的熔、沸点越____，硬度越____。
共价键
原子
共价键
熔、沸点
硬度
相似
低
长
小
3.常见的共价晶体
常见的非金属单质，如金刚石(C)、硼(B)、晶体硅(Si)等；某些非金属化合物，如碳化硅(SiC)、氮化硼(BN)、二氧化硅(SiO2)等。
(二)互动探究
下表是金刚石、碳化硅和晶体硅的熔点、硬度和键能的数据：
晶体 键能/(kJ·mol－1) 熔点/℃ 硬度
金刚石 (C—C)348 ＞3 500 10
碳化硅 (C—Si)301 2 600 9
晶体硅 (Si—Si)226 1 415 7
以金刚石的硬度为10，石墨的硬度为1，划分10个等级。
【问题讨论】
1.金刚石、晶体硅、碳化硅的晶体类型是什么？它们的晶体结构中是否存在分子？
提示　金刚石、晶体硅、碳化硅均属于共价晶体；晶体的构成微粒是原子，故晶体中不存在分子。
2.金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的作用力是什么？为什么共价晶体的熔点和硬度一般较大？
提示　金刚石、晶体硅、碳化硅熔化时破坏的是共价键，由于共价键的键能大，破坏时需要较高的能量，因此共价晶体的熔、沸点较高，硬度较大。
3.怎样从原子结构的角度解释金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点和硬度依次下降？
提示　共价晶体中粒子之间的作用力是共价键，熔点和硬度的大小由共价键的强弱决定。一般来说，键长越短、共价键的键能越大。由于碳的原子半径小于硅，所以金刚石、碳化硅、晶体硅的原子半径增大，键长依次增大，共价键的键能依次减弱，所以金刚石、碳化硅、晶体硅的熔点、硬度依次下降。
【探究归纳】
1.共价晶体的性质
(1)物理性质
①熔、沸点很高。共价晶体中各原子间以共价键相结合，要熔化必须破坏其中的共价键，需要较高的温度，所以共价晶体有很高的熔、沸点。
②硬度很大。
③难溶于一般溶剂。
④一般不导电，但晶体硅是半导体。
(2)共价晶体熔沸点的比较
一般来说，对结构相似的共价晶体来说，键长越短，键能越大，晶体的熔、沸点越高。例如：金刚石＞碳化硅＞晶体硅。
2.共价晶体的判断方法——“三看法”
(1)看构成微粒或作用力类型
离子晶体和共价晶体的构成微粒间作用力列表如下：
晶体类型 离子晶体 共价晶体
构成微粒 离子 原子
微粒间作用力 离子键 共价键
(2)看物质的类别
①单质类：非金属单质中的金刚石、晶体硅、晶体硼属于共价晶体。
②化合物类：共价化合物中的SiO2、SiC、Si3N4、BN、AlN等属于共价晶体。
(3)看晶体的物理性质
共价晶体熔点高，硬度大，大部分熔融及固体不导电，个别为半导体(如晶体硅)。
1.下列晶体属于共价晶体的是(　　)
A.晶体碘 B.氯化钠晶体
C.干冰 D.二氧化硅晶体
解析　晶体碘、干冰不属于共价晶体，NaCl晶体是离子晶体，SiO2属于共价晶体。
D
2.根据下列性质判断，属于共价晶体的物质是(　　)
A.熔点2 700 ℃，导电性好，延展性强
B.无色晶体，熔点3 550 ℃，不导电，质硬，难溶于水和有机溶剂
C.无色晶体，能溶于水，质硬而脆，熔点为800 ℃，熔化时能导电
D.熔点－56.6 ℃，微溶于水，硬度小，固态或液态时不导电
解析　A项中延展性好，不是共价晶体的特征，因为共价晶体中原子与原子之间以共价键结合，而共价键有一定的方向性，使共价晶体质硬而脆，A项不正确，B项符合共价晶体的特征，C项不是共价晶体，D项不符合共价晶体的特征。
B
3.如图所示是某共价晶体A空间结构中的一个单元，A与某物质B反应生成C，其实质是每个A—A键中插入一个B原子，则C物质的化学式为(　　)
A
A.AB2 B.AB C.A5B4 D.A2B5
解析　根据共价晶体A空间结构中的一个单元知，在晶体A中每个A形成4个A—A键；A与某物质B反应生成C，其实质是每个A—A键中插入一个B，则每个A原子形成4个A—B键，每个B原子形成2个B—A键，则A、B原子个数比为1∶2，C的化学式为AB2。
【题后归纳】
(1)共价晶体中不存在单个的分子，构成晶体的微粒是原子，这些原子以共价键结合形成三维骨架结构，因此共价晶体的化学式代表的是各种原子的个数比。
(2)共价晶体汽化或熔化时破坏的作用力是共价键。
(3)共价晶体中只有共价键，但含有共价键的晶体不一定是共价晶体。
三、典型共价晶体的结构分析
对点训练
互动探究
探究1　金刚石是典型的共价晶体，天然金刚石呈现规则多面体的外形，其外形与结构见下图所示：
【问题讨论】
1.金刚石晶体中碳原子之间的结合力是什么？
提示　晶体中碳原子之间以共价键(σ键)结合。
2.金刚石晶体中每个碳原子与几个碳原子相结合？这些碳原子之间形成的空间结构是什么？
提示　金刚石晶体中，每个碳原子与相邻的4个碳原子以共价键相结合，它们形成的空间结构是正四面体形。
3.依据金刚石的结构判断12 g金刚石晶体中含C—C共价键数是多少？
探究2　SiO2是另一种典型的共价晶体。它是自然界含量最高的固态二元氧化物，熔点1 713 ℃，有多种结构，最常见的是低温石英(α－SiO2)。遍布海滩河岸的黄沙、带状的石英矿脉、花岗石里的白色晶体及透明的水晶都是低温石英，其结构如下图：
【问题讨论】
1.分析二氧化硅的结构模型，判断晶体中最小的环上有多少个原子？晶体中硅原子与硅原子直接相连的氧原子构成的空间构型是什么？
提示　SiO2晶体中最小的环上有12个原子，其中有6个Si原子和6个氧原子；晶体中Si原子与其周围相连的4个氧原子形成正四面体结构。
2.二氧化硅晶体中Si原子与Si—O键数之比是多少？60 g SiO2晶体中Si—O键的数目是多少？
提示　SiO2晶体中Si原子与Si—O键数之比为1∶4；60 g SiO2晶体中Si—O键的数目为4NA。
【探究归纳】
1.金刚石和二氧化硅结构比较
2.金刚石和二氧化硅的结构分析
(1)金刚石
在金刚石晶体中，每个碳原子的4个外围电子形成4个完全相同的原子轨道，与最相邻的4个碳原子形成共价键，这5个碳原子构成的正四面体结构单元，其中4个碳原子位于正四面体的顶点，1个碳原子位于正四面体的中心。因为共价键难以变形，C—C键键能大，所以金刚石的硬度和熔点都很高，化学稳定性好。共价键中的电子被束缚在化学键中不能参与导电，所以金刚石是绝缘体，不导电。
1.单质硅的晶体结构如图所示。
C
下列关于单质硅晶体的说法不正确的是(　　)
A.是一种立体三维骨架结构的晶体
B.晶体中每个硅原子与4个硅原子相连
C.晶体中最小环上的原子数目为8
D.晶体中最小环上的原子数目为6
解析　单质硅是一种立体三维骨架结构的共价晶体，A正确；晶体中每个硅原子与4个硅原子相连，B正确；根据单质硅的晶体结构可判断晶体中最小环上的原子数目为6，C错误、D正确。
2.二氧化硅有晶体和无定形两种形态，晶态二氧化硅主要存在于石英矿中。除石英外，SiO2还有磷石英和方石英等多种变体。方英石结构和金刚石相似，其结构单元如图。下列有关说法不正确的是(　　)
B
A.方英石晶体中存在着SiO4结构单元
B.1 mol Si形成2 mol Si—O键
C.图示结构单元中实际占有8个硅原子
D.方英石晶体中，Si原子和其紧邻的4个O构成正四面体
3.下列有关共价晶体的叙述不正确的是(　　)
A.金刚石和二氧化硅晶体的最小结构单元都是正四面体结构
B.含1 mol C的金刚石中C—C键数目是4NA，1 mol SiO2晶体中Si—O键数目是2NA
C.金刚石和二氧化硅在熔化时，晶体中的共价键会断裂
D.SiO2晶体是共价晶体，所以晶体中不存在分子，SiO2不是它的分子式
B
课堂达标训练
1.N—H键键能的含义是(　　)
A.由N和H形成1 mol NH3所放出的能量
B.把1 mol NH3中的共价键全部拆开所吸收的能量
C.拆开约6.02×1023个N—H键所吸收的能量
D.形成1个N—H键所放出的能量
C
解析　N—H键的键能是指形成1 mol N—H键放出的能量或拆开1 mol N—H键所吸收的能量，不是指形成1个N—H 键释放的能量。1 mol NH3中含有3 mol N—H键，拆开1 mol NH3中的N—H键或形成1 mol NH3中的N—H键吸收或放出的能量应是N—H键键能的3倍。
2.下列关于SiO2晶体空间结构的叙述中正确的是(　　)
A.最小的环上有3个硅原子和3个氧原子
B.最小的环上硅原子数和氧原子数之比为1∶2
C.最小的环上，有6个硅原子和6个氧原子
D.存在四面体结构单元，O原子处于中心，Si原子处于4个顶点
C
解析　SiO2晶体中，每个硅原子与4个氧原子成键，每个氧原子与2个硅原子成键，晶体中的硅氧四面体中Si原子处于中心，O原子处于4个顶点。最小的环是十二元环，环上有6个Si原子、6个O原子，Si、O原子数之比是1∶1。
3.碳化硅(SiC)的一种晶体具有类似金刚石的结构，其中碳原子与硅原子的位置是交替的，在下列三种晶体中，它们的熔点从高到低的顺序是(　　)
①金刚石　②晶体硅　③碳化硅
A.①③② B.②③① C.③①② D.②①③
A
解析　这三种晶体属于同种类型，熔化时需破坏共价键，①金刚石中为C—C键，②晶体硅中为Si—Si键，③SiC中为Si—C键，由原子半径可知Si—Si键的键长最长，C—C键的键长最短，键长越短共价键越稳定，破坏时需要的热量越多，故熔点从高到低的顺序为①③②。
4.已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，有关键能数据如下表：
A
化学键 H—H O===O
键能/kJ·mol－1 436 498
则水分子中O—H键键能为(　　)
A.463.4 kJ·mol－1 B.926.8 kJ·mol－1
C.221.6 kJ·mol－1 D.413 kJ·mol－1
解析　水的结构式为H—O—H，2 mol水分子中含有4 mol H—O键，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，反应物总键能－生成物总键能＝ΔH，则：436 kJ·mol－1×2＋498 kJ·mol－1－4E(O—H)＝－483.6 kJ·mol－1，故E(O—H)＝463.4 kJ·mol－1，故选A。
5.单质硼有无定形和晶体两种，参考下表数据回答问题：
金刚石 晶体硅 晶体硼
熔点/℃ ＞3 550 1 415 2 573
沸点/℃ 5 100 2 355 2 823
硬度 10 7.0 9.5
(1)晶体硼属于________晶体，理由是_______________________________。
共价
晶体硼的熔、沸点高，硬度大
解析　从题表可知，晶体硼的熔、沸点以及硬度都介于晶体硅和金刚石之间。而金刚石和晶体硅均为共价晶体，在元素周期表中B与C相邻，与Si处于对角线位置，则晶体硼也属于共价晶体。
(2)金刚石具有硬度大、熔点高等特点，大量用于制造钻头、金属切割刀具等。其结构如图所示，下列判断正确的是______ (填字母)。
A.金刚石的熔点高与C—C键的键能无关
B.金刚石中碳原子个数与C—C键个数之比为1∶2
C.金刚石的熔点高，所以在打孔过程中不需要进行浇水冷却
B
课后巩固训练
A级　合格过关练
选择题只有一个选项符合题意
1.下列说法不正确的是(　　)
A.键能越小，表示化学键越牢固，越难以断裂
B.成键的两原子核间距越近，键长越短，化学键越牢固，性质越稳定
C.破坏化学键时消耗能量，而形成化学键时释放能量
D.键能、键长只能定性地分析化学键的强弱
解析　键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。
A
2.下列说法正确的是(　　)
A.键能越大，表示该分子越容易受热分解
B.共价键都具有方向性
C.在分子中，两个成键的原子间的距离叫键长
D.H—Cl键的键能为431 kJ·mol－1，H—Br键的键能为366 kJ·mol－1，这可以说明HCl比HBr分子稳定
解析　键能越大，分子越稳定，A错，D正确；H—H键没有方向性，B错；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错。
D
B
A.1 264 kJ·mol－1 B.632 kJ·mol－1
C.316 kJ·mol－1 D.1 624 kJ·mol－1
解析　由题意可知180 kJ·mol－1＝946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2E(N—O)，解得E(N—O)＝632 kJ·mol－1。
4.参考下表化学键的键能与键长数据，判断下列分子中，受热最稳定的是(　　)
D
化学键 H—C H—N H—O H—F
键能/(kJ·mol－1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
A.CH4 B.NH3 C.H2O D.HF
解析　从键能的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、CH4、NH3；从键长的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、NH3、CH4；综合两方面因素最稳定的是HF。
B
6.氮氧化铝(AlON)属共价晶体，是一种超强透明材料，下列描述错误的是(　　)
A.AlON和石英的化学键类型相同
B.AlON和石英晶体类型相同
C.AlON和Al2O3的化学键类型不同
D.AlON和Al2O3晶体类型相同
解析　AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键，A、B项正确；Al2O3不是共价晶体，晶体中含离子键，不含共价键，C项正确、D项错误。
D
7.下列说法正确的是(　　)
A.在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中，氧原子的数目为4NA
B.金刚石晶体中，碳原子数与C—C键键数之比为1∶2
C.30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
D.晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体
B
解析　在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成4个Si—O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个C—C键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C键，因此碳原子数与C—C键键数之比为1∶2，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，不属于共价晶体，D项错误。
8.据报道，有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松，与此同时再用射频电火花喷射氮气，此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称，这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是(　　)
A.碳、氮原子构成平面结构的晶体
B.碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短
C.氮原子电子数比碳原子电子数多
D.碳、氮的单质的化学性质均不活泼
B
解析　碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬，说明该化合物为共价晶体，为立体三维骨架结构，A错误；由于原子半径：N9.下表是某些共价晶体的熔点和硬度：
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅
熔点/℃ 3 500 ℃以上 3 000 2 600
硬度 10 9.5 9.5
共价晶体 石英 硅 锗
熔点/℃ 1 710 1 415 1 211
硬度 7 6.5 6.0
分析表中的数据，判断下列叙述正确的是(　　)
①构成共价晶体的原子种类越多，晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大，晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子的半径越大，晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子的半径越小，晶体的硬度越大
A.①② B.③④ C.①③ D.②④
D
解析　共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。
10.已知下列化学键的键能：
化学键 C—C N—N O—O O===O O—H
键能/(kJ·mol－1) 347.7 193 142 497.3 462.8
化学键 S—H Se—H N—H As—H
键能/(kJ·mol－1) 363.5 276 390.8 247
回答下列问题：
(1)过氧化氢不稳定，易发生分解反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)，利用键能数据计算该反应的反应热为_________________。
－213.3 kJ·mol－1
解析　反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(462.8×4＋142×2) kJ·mol－1－(462.8×4＋497.3) kJ·mol－1＝－213.3 kJ·mol－1。
(2)O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小，原因是___________________
_____________________________________________________________________
____________，据此可推测P—H键的键能范围为____________＜P—H键的键能＜______________。
O、S、Se位于同一主
族，原子半径逐渐增大，O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，因而键能依次减小
247 kJ·mol－1　
363.5 kJ·mol－1
解析　O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，键长越长，键能越小，所以O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小；N、P、As位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致N—H键、P—H键、As—H键的键长逐渐变长，N—H键、P—H键、As—H键的键能依次减小，所以As—H键的键能＜P—H键的键能＜N—H键的键能，同时P—H键的键长＞S—H键的键长，故P—H键的键能＜S—H键的键能，即247 kJ·mol－1＜P—H键的键能＜363.5 kJ·mol－1。
(3)有机物是以碳骨架为基础的化合物，即碳原子间易形成C—C长链，而氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链，原因是__________________________________________________________________________________________________________________________________________。
C—C键的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链
解析　键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，分子越稳定，由表中数据可知，C—C键的键能较大(347.7 kJ·mol－1)，易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能较小(键能分别为193 kJ·mol－1、142 kJ·mol－1)，化学键不稳定，容易断裂，所以氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链。
B级　素养培优练
11.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法不正确的是(　　)
B
A.磷化硼的化学式为BP
B.磷化硼晶体的熔点高，且熔融状态下能导电
C.磷化硼晶体属于共价晶体
D.磷化硼晶体在熔化时化学键被破坏
12.白磷与氧气可发生反应P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P键a kJ·mol－1、P—O键b kJ·mol－1、P===O键c kJ·mol－1、O===O键d kJ·mol－1。
A
根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，
其中正确的是(　　)
A.(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
B.(4c＋12b－6a－5d) kJ·mol－1
C.(4c＋12b－4a－5d) kJ·mol－1
D.(4a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1
解析　化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。白磷和氧气反应，就是白磷中磷原子之间的化学键和氧气分子中氧原子之间的化学键断裂和P4O10分子中的化学键形成的过程，而共价键断裂要吸收能量，共价键形成要放出能量。从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P共价键，所以1 mol P4中共价键断裂要吸收6a kJ的能量，1 mol氧分子中共价键断裂要吸收d kJ的能量；1个P4O10中有4个P===O共价键和12个P—O共价键，所以生成1 mol P4O10需放出(4c＋12b) kJ的能量，所以该化学反应的反应热为(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1。
13.Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示，请据图回答问题。
(1)H—H键的键长为________，①～⑤中，体系能量由高到低的顺序是________________。
74 pm
①⑤②③④
解析　可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。
(2)下列说法中正确的是________(填字母)。
A.氢分子中含有一个π键
B.由①到④，电子在核间出现的概率增大
C.由④到⑤，必须消耗外界的能量
D.氢分子中含有一个极性共价键
BC
解析　氢分子中含有一个σ键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误。
Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。
化学键 Si—O H—O O===O Si—Si Si—C
键能/kJ·mol－1 452 462.8 497.3 226 X
请回答下列问题：
(3)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小：X________(填“>”“<”或“＝”)
226 kJ·mol－1。
>
解析　Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。
(4)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料，而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。结合Ⅰ中图像，试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为_________；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为________(已知1 mol Si中含有2 mol Si—Si键，1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。
120 475 kJ
858.7 kJ
14.氮化硅是一种高温陶瓷材料，它的硬度大、熔点高、化学性质稳定，工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃时反应获得。
(1)氮化硅晶体属于________晶体。
共价
(2)已知氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子与Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，请写出氮化硅的化学式：____________。
Si3N4
解析　氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。
(3)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下，加强热发生反应，可得到较高纯度
的氮化硅。反应的化学方程式为______________________________________。
4
4作业10　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
(分值:65分)
A级　合格过关练
选择题只有一个选项符合题意(1~9题,每题4分,共36分)
1.下列说法不正确的是 (　　)
键能越小,表示化学键越牢固,越难以断裂
成键的两原子核间距越近,键长越短,化学键越牢固,性质越稳定
破坏化学键时消耗能量,而形成化学键时释放能量
键能、键长只能定性地分析化学键的强弱
2.下列说法正确的是 (　　)
键能越大,表示该分子越容易受热分解
共价键都具有方向性
在分子中,两个成键的原子间的距离叫键长
H—Cl键的键能为431 kJ·mol-1,H—Br键的键能为366 kJ·mol-1,这可以说明HCl比HBr分子稳定
3.已知N2(g)+O2(g)2NO(g)　ΔH=180 kJ·mol-1,其中键、OO键的键能分别为946 kJ·mol-1、498 kJ·mol-1,则N—O键的键能为 (　　)
1 264 kJ·mol-1 632 kJ·mol-1
316 kJ·mol-1 1 624 kJ·mol-1
4.参考下表化学键的键能与键长数据,判断下列分子中,受热最稳定的是 (　　)
化学键 H—C H—N H—O H—F
键能/(kJ·mol-1) 413.4 390.8 462.8 568
键长/pm 109 101 96 92
CH4 NH3
H2O HF
5.H2和I2在一定条件下能发生反应:H2(g)+I2(g)2HI(g)　ΔH=-a kJ·mol-1,下列说法正确的是 (　　)
已知:
(a、b、c均大于零)
H2、I2和HI分子中的化学键都是非极性共价键
断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c+b+a) kJ
相同条件下,1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量小于2 mol HI (g)的总能量
向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g),充分反应后放出的热量为2a kJ
6.氮氧化铝(AlON)属共价晶体,是一种超强透明材料,下列描述错误的是 (　　)
AlON和石英的化学键类型相同
AlON和石英晶体类型相同
AlON和Al2O3的化学键类型不同
AlON和Al2O3晶体类型相同
7.下列说法正确的是 (　　)
在含4 mol Si—O键的二氧化硅晶体中,氧原子的数目为4NA
金刚石晶体中,碳原子数与C—C键键数之比为1∶2
30 g二氧化硅晶体中含有0.5NA个二氧化硅分子
晶体硅、晶体氖均是由相应原子直接构成的共价晶体
8.据报道,有科学家用激光将置于铁室中石墨靶上的碳原子炸松,与此同时再用射频电火花喷射氮气,此时碳、氮原子结合成碳氮化合物薄膜。据称,这种化合物可能比金刚石更坚硬。其原因可能是 (　　)
碳、氮原子构成平面结构的晶体
碳氮键比金刚石中的碳碳键键长更短
氮原子电子数比碳原子电子数多
碳、氮的单质的化学性质均不活泼
9.下表是某些共价晶体的熔点和硬度:
共价晶体 金刚石 氮化硼 碳化硅
熔点/℃ 3 500 ℃以上 3 000 2 600
硬度 10 9.5 9.5
共价晶体 石英 硅 锗
熔点/℃ 1 710 1 415 1 211
硬度 7 6.5 6.0
分析表中的数据,判断下列叙述正确的是 (　　)
①构成共价晶体的原子种类越多,晶体的熔点越高
②构成共价晶体的原子间的共价键键能越大,晶体的熔点越高
③构成共价晶体的原子的半径越大,晶体的硬度越大
④构成共价晶体的原子的半径越小,晶体的硬度越大
①② ③④
①③ ②④
10.(6分)已知下列化学键的键能:
化学键 C—C N—N O—O OO O—H
键能/(kJ·mol-1) 347.7 193 142 497.3 462.8
化学键 S—H Se—H N—H As—H
键能/(kJ·mol-1) 363.5 276 390.8 247
回答下列问题:
(1)(1分)过氧化氢不稳定,易发生分解反应2H2O2(g)2H2O(g)+O2(g),利用键能数据计算该反应的反应热为　　　　。
(2)(3分)O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小,原因是　　　　　　　　　　　　　　　　, 据此可推测P—H键的键能范围为　　　　(3)(2分)有机物是以碳骨架为基础的化合物,即碳原子间易形成C—C长链,而氮原子与氮原子间,氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链,原因是　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　。
B级　素养培优练
(11~12题,每题4分,共8分)11.磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料。如图为其晶体结构中最小的重复单元。下列有关说法不正确的是 (　　)
磷化硼的化学式为BP
磷化硼晶体的熔点高,且熔融状态下能导电
磷化硼晶体属于共价晶体
磷化硼晶体在熔化时化学键被破坏
12.白磷与氧气可发生反应P4+5O2P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P—P键a kJ·mol-1、P—O键b kJ·mol-1、PO键c kJ·mol-1、OO键d kJ·mol-1。
根据如图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH,其中正确的是 (　　)
(6a+5d-4c-12b) kJ·mol-1
(4c+12b-6a-5d) kJ·mol-1
(4c+12b-4a-5d) kJ·mol-1
(4a+5d-4c-12b) kJ·mol-1
13.(7分)Ⅰ.已知氢分子的形成过程示意图如图所示,请据图回答问题。
(1)(2分)H—H键的键长为　　　　,①~⑤中,体系能量由高到低的顺序是　　　　。
(2)(2分)下列说法中正确的是　　　　(填字母)。
A.氢分子中含有一个π键
B.由①到④,电子在核间出现的概率增大
C.由④到⑤,必须消耗外界的能量
D.氢分子中含有一个极性共价键
Ⅱ.几种常见化学键的键能如下表所示。
化学键 Si—O H—O OO Si—Si Si—C
键能/kJ·mol-1 452 462.8 497.3 226 X
请回答下列问题:
(3)(1分)试比较Si—C键与Si—Si键的键能大小:X　　　　(填“>”“<”或“=”)226 kJ·mol-1。
(4)(2分)H2被认为是21世纪人类最理想的燃料,而又有科学家提出硅是“21世纪的能源”“未来的石油”等观点。结合Ⅰ中图像,试计算每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为　　　　;每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为　　　　(已知1 mol Si中含有2 mol Si—Si键,1 mol SiO2中含有4 mol Si—O键)。
14.(8分)氮化硅是一种高温陶瓷材料,它的硬度大、熔点高、化学性质稳定,工业上曾普遍采用高纯硅与纯氮在1 300 ℃时反应获得。
(1)(1分)氮化硅晶体属于　　　　晶体。
(2)(1分)已知氮化硅的晶体结构中,原子间都以单键相连,且N原子和N原子,Si原子与Si原子不直接相连,同时每个原子都满足8电子稳定结构,请写出氮化硅的化学式:　　　　　　。
(3)(2分)现用四氯化硅和氮气在氢气气氛保护下,加强热发生反应,可得到较高纯度的氮化硅。反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)(4分)六方氮化硼在高温高压下,可以转化为立方氮化硼,其结构与金刚石相似,硬度与金刚石相当。晶胞边长为361.5 pm,立方氮化硼晶胞中含有　　　　　　(1分)个氮原子、　　　　(1分)个硼原子,立方氮化硼的密度是　　　　(2分)g·cm-3(只要求列算式,不必计算出数值,阿伏加德罗常数的值为NA)。
作业10　共价键键能与化学反应的反应热　共价晶体
1.A　[键能越大，断开该键所需的能量越多，化学键越牢固，性质越稳定，故A错误；B、C、D均正确。]
2.D　[键能越大，分子越稳定，A错，D正确；H—H键没有方向性，B错；形成共价键的两个原子之间的核间距叫键长，C错。]
3.B　[由题意可知180 kJ·mol－1＝946 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－2E(N—O)，解得E(N—O)＝632 kJ·mol－1。]
4.D　[从键能的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、CH4、NH3；从键长的角度分析，四种氢化物稳定性由强到弱的顺序为HF、H2O、NH3、CH4；综合两方面因素最稳定的是HF。]
5.B　[HI分子中共价键是由不同种非金属元素形成的，属于极性共价键，A错误；反应热等于断键吸收的能量与成键放出的能量的差值，设H—I键键能为x，则－a＝b＋c－2x，解得x＝，所以断开2 mol HI分子中的化学键所需能量约为(c＋b＋a) kJ，B正确；该反应是放热反应，则相同条件下，1 mol H2(g)和1 mol I2(g)总能量大于2 mol HI (g)的总能量，C错误；该反应是可逆反应，则向密闭容器中加入2 mol H2(g)和2 mol I2(g)，充分反应后放出的热量小于2a kJ，D错误。]
6.D　[AlON与石英(SiO2)均为共价晶体，所含化学键均为共价键，A、B项正确；Al2O3不是共价晶体，晶体中含离子键，不含共价键，C项正确、D项错误。]
7.B　[在二氧化硅晶体中，每个硅原子形成4个Si—O键，故含有4 mol Si—O键的二氧化硅晶体的物质的量为1 mol，即含有2NA个氧原子，A项错误；金刚石中每个碳原子均与另外4个碳原子形成共价键，且每两个碳原子形成一个C—C键，故1 mol碳原子构成的金刚石中共有2 mol C—C键，因此碳原子数与C—C键键数之比为1∶2，B项正确；二氧化硅晶体中不存在分子，C项错误；氖晶体是由单原子分子靠分子间作用力结合在一起形成的，不属于共价晶体，D项错误。]
8.B　[碳、氮原子结合成的碳氮化合物比金刚石更坚硬，说明该化合物为共价晶体，为立体三维骨架结构，A错误；由于原子半径：N9.D　[共价晶体的熔点和硬度与构成共价晶体的原子间的共价键键能有关，而原子间的共价键键能与原子半径的大小有关。]
10.(1)－213.3 kJ·mol－1
(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，因而键能依次减小
247 kJ·mol－1　363.5 kJ·mol－1　(3)C—C键的键能较大，较稳定，因而易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能小，不稳定易断裂，因此难以形成N—N、O—O长链
解析　(1)反应2H2O2(g)===2H2O(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和＝(462.8×4＋142×2) kJ·mol－1－(462.8×4＋497.3) kJ·mol－1＝－213.3 kJ·mol－1。
(2)O、S、Se位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致O—H键、S—H键、Se—H键的键长逐渐变长，键长越长，键能越小，所以O—H键、S—H键、Se—H键的键能逐渐减小；N、P、As位于同一主族，原子半径逐渐增大，导致N—H键、P—H键、As—H键的键长逐渐变长，N—H键、P—H键、As—H键的键能依次减小，所以As—H键的键能＜P—H键的键能＜N—H键的键能，同时P—H键的键长＞S—H键的键长，故P—H键的键能＜S—H键的键能，即247 kJ·mol－1＜P—H键的键能＜363.5 kJ·mol－1。(3)键能越大，化学键越稳定，越不容易断裂，分子越稳定，由表中数据可知，C—C键的键能较大(347.7 kJ·mol－1)，易形成C—C长链，而N—N键、O—O键的键能较小(键能分别为193 kJ·mol－1、142 kJ·mol－1)，化学键不稳定，容易断裂，所以氮原子与氮原子间，氧原子与氧原子间难形成N—N长链和O—O长链。
11.B　[由磷化硼的晶胞结构可知，P位于晶胞的顶点和面心，数目为×8＋6×＝4，B位于晶胞内，数目为4，故磷化硼的化学式为BP，A项正确；磷化硼属于共价化合物，熔融状态下不能导电，B项错误；由磷化硼是一种超硬耐磨涂层材料可知磷化硼晶体属于共价晶体，C项正确；磷化硼晶体为共价晶体，熔化时需克服共价键，D项正确。]
12.A　[化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成。白磷和氧气反应，就是白磷中磷原子之间的化学键和氧气分子中氧原子之间的化学键断裂和P4O10分子中的化学键形成的过程，而共价键断裂要吸收能量，共价键形成要放出能量。从图中可以看出1个白磷分子中有6个P—P共价键，所以1 mol P4中共价键断裂要吸收6a kJ的能量，1 mol氧分子中共价键断裂要吸收d kJ的能量；1个P4O10中有4个P===O共价键和12个P—O共价键，所以生成1 mol P4O10需放出(4c＋12b) kJ的能量，所以该化学反应的反应热为(6a＋5d－4c－12b) kJ·mol－1。]
13.(1)74 pm　①⑤②③④　(2)BC　(3)>　(4)120 475 kJ　858.7 kJ
解析　(1)可以直接从题中读出有关数据，H—H键的键长为74 pm；体系能量由高到低的顺序是①⑤②③④。(2)氢分子中含有一个σ键，A项错误；核间距逐渐减小时，两个氢原子的原子轨道会相互重叠，导致电子在核间出现的概率增大，B项正确；④已经达到稳定状态，当改变构成氢分子的两个氢原子的核间距时，必须消耗外界的能量，C项正确；氢分子中含有一个非极性共价键，D项错误。(3)Si—Si键的键长比Si—C键的键长长，Si—Si键的键能比Si—C键的键能小。(4)由题图可知H—H键的键能为436 kJ·mol－1，每千克H2燃烧(生成水蒸气)放出的热量约为1 000 g÷2 g·mol－1×(462.8 kJ·mol－1×2－436 kJ·mol－1－497.3 kJ·mol－1×)＝120 475 kJ；每摩尔硅完全燃烧放出的热量约为452 kJ·mol－1×4 mol－497.3 kJ·mol－1×1 mol－226 kJ·mol－1×2 mol＝858.7 kJ。
14.(1)共价　(2)Si3N4
(3)3SiCl4＋2N2＋6H2Si3N4＋12HCl
(4)4　4　
解析　(2)氮化硅的晶体结构中，原子间都以单键相连，且N原子和N原子，Si原子和Si原子不直接相连，同时每个原子都满足8电子稳定结构，因此氮化硅的化学式为Si3N4。(4)立方氮化硼的结构与金刚石相似，硬度与金刚石相当，在金刚石的一个晶胞中含有C原子的个数：8×＋6×＋4＝8，则在立方氮化硼晶胞中含有4个氮原子、4个硼原子；由于晶胞边长为361.5 pm，所以立方氮化硼的密度是ρ＝＝ g·cm－3。

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